基于物联网的智能家居设计课程设计.docx

1、基于物联网的智能家居设计课程设计吉林工程技术师范学院信息工程学院物联网的智能设计课程设计报告题目:基于物联网的智能家居设计专业：电子信息工程班级：姓名：学号：指导教师：时间：2014/3/17 2014/3/28第一章 绪论. 111 智能家居的目的与意义 112 智能家居的内容 . 113 智能家居的前景 . 1第二章 智能家居的设计方案 221智能家居的设计思想 222智能家居主要实现功能 523智能家居系统的工作过程 7第三章 智能家居的实物仿真 1131 实物仿真编程 . 1132 WIFI 模块调试 1233 仿真硬件设置 . 14第四章 课程设计总结 . 16参考资料： . 17附

2、录I:智能家居实物仿真程序 18第一章 绪论1.1智能家居的目的与意义智能家居又称智能住宅，英文名称为“ Smart Homg。是指利用先进的 计算机技术、网络通信技术、综合布线技术，将与家居生活有关的各种子系 统有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。 与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品 位且宜人的家庭生活空间；还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的 工具，提供全方位的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优 化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性、舒适 性，甚至合理控制各种能源的使用。家居智能的基本目

3、标是，将家庭中各种 与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置通过家庭总线技术 （HBS）连接到一个家庭智能化系统上进行集中或者异地的监视、控制和家庭事务性管 理，并保持这些家庭设施与住宅环境的协调。要完整地理解智能家居，有必 要先对几个智能家居发展过程中有着重大影响的系统进行介绍。智能家居是一个以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境。由于智 能家居受产品生产厂家的限制，在短时间内还没有统一的标准协议，所以一 般都是一个厂家单独做系统研发方案的。其中较为有影响力的一次是 2007 年 微软推出的“未来之屋” ，是物联网技术应用于日常生活的一个样板 5。进人 房屋时，安全系统会对来访者的面部

4、进行扫描，确认身份后自动打开房门。 客厅冰箱上的液晶显示器能列出保存的食物清单，厨房水槽能够根据使用者 的身高调节高度，而排风机会根据油烟浓度自动开启。此外，每个房间的墙 壁颜色、装修风格和温度 , 都可以根据家庭成员的喜好和情绪自动更换。这一 概念的提出在推广普及上还需加以时日，但是随着技术的革新，我们这里将 把能够实现远程监控、智能照明、以及智能音响的智能家居。我们可以考虑 将物联网技术应用到智能家居的设计中，使我们的家居环境更加智能化、人 性化、高效化。1.2 智能家居的内容近几年金融危机之后的复苏时期，物联网概念迅速风行，受到各国政府 的重视。物联网技术得到越来越多的应用，但关于物联网

5、的定义到现在还没 有一个统一的定义从字面上解释，物联网就是“物物相连的互联网” 。可以从 两方面去理解：其一，物联网是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络， 物联网的核心和基础仍然是互联网；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物 品与物品之间，进行信息交换和通信。研究这项技术的重大意义在于这将使 我们周围的一切物体联系到一起，社会变得更加智能，更加方便安全。智能家居的概念早在上世纪 80 年代初就已经提出。以“住宅电子化”实 现，到了 80年代末，逐步提出了 住宅智能化 ，也就是现在所说的智能家居 的原型。智能家居是一个以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境。它 的研究与设计将优化人们的生活方

6、式，帮助人们有效安排时间，增强家居生 活的安全性、舒适性，甚至合理控制各种能源的使用。家居智能的基本目标 是：将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置通过家 庭总线技术（HBS）连接到一个家庭智能化系统上进行集中或者异地的监视、控 制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的协调。1.3 智能家居的前景相比于国外，我国对智能家居系统的相关产品的研发起步较晚。从目前 中国的国情来看，实用型与舒适型应当成为家庭住宅建设的主流，舒适型面 向中等偏上收入者。但是住宅是一项使用寿命较长、一次投资较大的特殊商 品，因此，建设时的标准必须具有一定的前瞻性。目前在我国，智能家居系统被定义

7、为：利用 4C（自动控制、计算机网络、 无线通信、 IC 卡） 技术，通过有效的传输网络，将多元信息服务与管理、安全 防护与物业管理、住宅智能化系统集成，提供高技术的智能化住宅小区的服 务于管理为手段，以期实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的家 居环境。目前智能家居系统一般要求有三大功能单元：第一，必须要有一个功能 非常强大的智能家庭系统平台；第二，必须要有一个完整的综合性的家居布 线系统；第三，必须要有家庭内部进行控制的互联网、连接外网的宽带互联 网和家庭内部各种家电进行控制的家庭控制网络这三种网络支持的系统才能叫做真正的智能家居系统3第二章 智能家居的设计方案2.1智能家居系统的设

8、计思想我们应用智能家居的基本目标是使我们的生活环境更加舒适、安全、方 便和高效。因此智能家居系统的硬件和软件都应具有先进性，避免短期内因 技术陈旧造成整个系统性能不高和过早淘汰。与此同时，应立足于用户对整 个系统的具体需求，具有实用性。不管是系统中的设备、软件还是网络拓扑 结构，都应具有良好的开放性。网络化的目的在于要实现设备资源和信息资 源的共享，由于计算机网络本身具有开放性，和共享性。因此我们应设计提 供标准接口。用户可根据其需求，对系统进行更新和升级。这个系统采用GPRS技术和短消息的方式来实现无线传输短消息，并且控 制器将把短消息分析翻译成为可以识别的命令编码。这样可以通过手机操控 的

9、方式来实现家居监控。用 GPRS接入的好处是可以满足部分In ter net普及 率不是很高的现状，同时用手机对家庭进行监控弥补了通常智能家居控制器 的操作距离短、地域限制等问题。并且以短消息的方式对系统进行控制，提 高了效率降低了成本，同时本系统可以扩展应用于多种无人职守地区的监控安防等场所，如图2-1所示家电控制模块Zigbee模块Zigbee模块主控制模块GPRS模块户 手 机图 2-1 系统总体结构图2.2智能家居主要实现功能(1) 防盗警报 当家庭遭到非法入侵的时候，例如玻璃被打破、门窗被撬等，相应传感 器将检测到情况，立刻通过室内的无线网络，将采集到的信号发送到家庭控 制器，再经过

10、家庭控制器处理，最后将警报信息通过 GPRS模块以短消息的方式发送到主人的手机上，从而实现了家庭的安防功能。(2)家电远程控制当我们需要远程控制家用电器的开关时，只要用手机发送指定命令的短 信息，通过GPRS模块的接收，并将短信息翻译成为可以识别的命令传输给家 庭控制器，控制器经过处理，通过 ZigBee 模块的无线传输将命令发送到与家 电相连接的单片机上，通过对单片机的控制实现了对家电的控制。(3)火灾监控安装在室内的感温探测器及感烟探测器将实时监控各个房间内有无火灾 的发生。当检测到的火灾存在，将把采集到的信息通过无线 ZigBee 模块发送 到家庭控制器，家庭控制器通过 GPRS模块将信

11、息以短消息的方式发送到主人 的手机。2.2智能家居系统工作过程智能家居的系统主要有GPRS模块、基于单片机的主控制模块、ZigBee无 线传输模块、家电端的控制模块、和传感信号采集发送模块几部分组成。其中，GPRS模块的主要功能是接收用户手机所发送的短消息，并将短消息解析 成为一段可以识别的命令传输给主控制器。基于单片机的主控制器的作用是 将接收到的命令做出响应。ZigBee模块是将主控制器所下达的命令通过无线 的ZigBee网传输到家电端。传感信号采集发送模块的作用是通过实时的监控, 不断确认是否达到预订的警报值，如果达到了预定值，就将警报信号发送给 主控制器，主控制器通过分析判断出该警报信

12、号是从哪个家电终端发送的, 在经过GPRS模块发送给用户手机，从而实现了对家庭各个方面的防护。第三章 智能家居的实物仿真3.1实物仿真编程首先，用C语言编一段程序，让他能够控制单片机接口，使单片机上的小灯按控制进行亮和灭，打开keil软件编程并运行如图3-1所示编程界面:j Hw inraJ翫 Qstwy fl* 崛族ii能 爭C5业P-vjiEl apKc-i-1 rsij.JT 丘 jfdjp 1曲 -AfiQ T&li-c逵a i口 jt臥匚|二s# a) 3抻优4 *炉凸|或口|團t* bBdpfinip iiiint intUEti* FJI 島UEtur t 刖苇；/3 W K :

13、 计戢卿detwlnsfluilit uj /1fulnt 畑for/耳星鼻电鼻鼻鼻目事4事耳聿罢冨鼻事早耳爭事县鼻耳鼻耳w皿冨冨鼻耳犀鼻_HH鼻4# unl n4lin( ECtHrTie” 怙TH1-flKFC；:ILI-flxhfi-TM-1:Iiwi 电*|加 ri|pdAi【片Ccss? C睦H F胪Q - 1 t駆叱I 如 IiXlEt-rv Til-a I WUL bus: Hftmw Dommn EE址 II舒al前 丐益柯 址ID诵 SUM SS RuMn pfbm 取如卄 H取 511 nsg F3 - iAmti 帧聊tj上三匾!1|显3：零*昭阿草|皿 三I图3-1运用

14、keil软件编程界面再将编好的程序通过STC52下载到单片机里如果3-2所示:h I I Ml .-TH* M|a- MM Mi . Ft K I an H 电 |l h H. .Ml-1- Ki * | X 4. f 些神Mlfl KU Pit鼻鼻崎rm号 Ee if -frnw-nr ，| ma W f.p.12 FiU .!盯 iWWErt* HC Mr： n= - 口!下(WSmtn 厂可图3-2 STC52的操作界面3.2 WIFI模块的调试为了测试串口到 WIFI网络的通讯转换，我们将模块的串口与计算机连接,WIFI网络也和计算机建立连接。由于需要同时具有 WIFI和串口的特殊要求

15、,图3-3WIFI模块连接示意图当连接完成后，进行网络调试，先在台式机上插上 USB网卡后，安装驱 动，注意只安装驱动，搜索网络，如图 3-4的HF-A22X_AF即是模块的默认网 络名称（ssid）。图3-4模块的默认网络名称最后在进行收发测试，网络设置区选择 TCPClient模式，服务器IP地址输入10.10.100.254，为此WIFI模块默认的IP地址，服务器端口号8899,为此模块默认监听的TCP端口号，点击连接建立 TCP连接如图3-5所示进行 设置图3-5 WIFI模块的设置3. 3仿真的硬件设置将把编好的程序安装在手机上，待所有的软件调试完毕之后，将所有实物进行连接。连接正确

16、的口图 3-6所示*图3-6所示连通的硬件连接通的硬件表现在，手机能够自由控制任意一个小灯的亮灭，也就是说 手机上的APP选中一个小灯点一下吸合，小灯的亮起来，反之，当选中任意 一个小灯选中断开，小灯灭，也可以使四个灯同时都亮起来。如图 3-7所示手机的APP操作界面。图3-7手机APP操作界面用手机APP控制小灯全部亮起来如图3-8所示。图3-8所示APP空制小灯全亮第四章 课程设计的总结短短的几天课设马上快要结束了，但是通过课程设计，让我明白了一个 电子产品的产生是多么的复杂，与复杂的电路相比我更明白如何去做一件事 情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互 探讨，

17、相互学习，相互监督。学会了合作，学会了宽容，学会了理解。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会， 从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程 设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计， 学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实 的基础。认真的求知比什么都重要，在以后的日子里我会更加注重自己的在学习 方面的的培养。改掉以往的粗心大意。思路即出路。当初没有思路，诚如举 步维艰，茫茫大地，不见道路。在对理论知识梳理掌握之后，茅塞顿开，柳 暗花明，思路如泉涌，高歌“条条大路通罗马”。顿悟，没有思路便无出路，

18、 原来思路即出路。 实践出真知。 文革之后，关于真理的大讨论最终结果是 “实 践是检验真理的唯一标准”，自从耳闻以来，便一直以为马克思主义中国化 生成的教条。时至今日，课程设计基本告成，才切身领悟“实践是检验真理 的唯一标准”，才明晓实践出真知。因为在教材上。同样十分感谢老师在此 次实验中给我提出的建议与不足，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我 工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的 启迪；这次模具设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指 导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设 计。参考文献1杨鹏,张翔.物联网研究概述.J数字通信20105月第8期:P27-30.2赵瑞芬. 关于物联网智能家居的初探 .J. 科技信息 2010年 P199.3童晓渝, 房秉毅, 张云勇. 物联网智能家居发展分析 J 移动通信 2010年第9 期:P16-20.4王尧.物联网及其关键技术.J.软件导刊2010年第9卷第10期.P147-148.5栁卫林 . 基于 ZigBee 技术的智能家居控制 .:D 沈阳 . 通信与信息系统系.2010.附录I:智能家居的实物仿真程序